基于分区线性法对圆形渐变滤光片型光谱辐射计开展辐射定标研究，以解决温度范围大、工作波段宽的测量目标对该类型光谱辐射计造成的非线性问题。所提光谱辐射计的主要技术原理是将待测目标的温度区间分为多个子区间，采集目标温度区间内多个不同温度黑体对应的测量光谱，并计算各个温度下的响应度函数。在进行红外光谱测量时，将目标光谱与区间内记录的不同温度点光谱进行比对，从而确定待测目标所属温度子区间的上下限。根据子区间计算的响应度函数，通过线性插值求得待测目标的响应度函数并进行辐射定标。基于该方法的实验结果表明，待测目标理论辐亮度与使用分区线性法进行辐射定标得到的辐亮度在波长范围内的平均偏差小于1%。通过定标结果反演测量黑体的等效温度，等效温度误差小于2%。

X荧光光谱仪器发展迅速, 应用领域广泛, 由于其能够快速、 准确分析样品, 不需要繁琐的前处理和耗材, 已能替代部分传统AAS, ICP和ICP-MS等分析仪器。 如何准确地评价其应用性能, 以更便捷地使用, 常用检出限作为评价方法的重要指标。 检出限计算方法和形式较多, 一般等于空白样品的3倍标准偏差, 在实际样品分析时, 小于检出限的含量, 不可检出; 大于检出限、 小于定量限的含量, 可定性分析; 大于定量限的含量, 可准确分析。 XRF计算方法和分析领域中常用的检出限计算方法不同, 传统分析方法测量值符合正态分布, 是连续分布; XRF测量值属于泊松分布, 是离散分布, 只有在计数足够大的时候才能接近正态分布。 在实际分析中, 往往不会耗时去积累足够大的计数。 介绍了7种检出限的计算方法: X荧光泊松分布法、 K倍标准偏差法、 线性校准法、 RSD法、 SD直线外推法、 环境监测分析法、 海洋监测规范法。 以X荧光重金属检测仪的检测数据为例, 测试6个大米粉参考样品中Pb, As和Cd元素含量, 详细对比了各方法的计算过程和考虑因素。 由于实际样品中很难找到绝对不含被测元素的空白, 以近似空白样品替代。 泊松分布方法测试次数最少, 测2次即可快速准确计算方法检出限; 线性校准法, 考虑因素最多, 通常认为是检出限计算方法中较为准确的方法, 在多种检出限方法比较时可将该结果作为参考值; RSD法和SD直线外推法测试次数较多, 可用于没有空白样品或不能直接获得光谱强度时, RSD法可作为检出限判断的必要条件, RSD>43%不能定性检出。

复混肥成分的快速、 原位检测对化肥的生产过程、 产品质量控制具有重要的意义。 在化肥企业生产中, 实验室进行分析, 检测时间长, 无法实现线上检测。 与复混肥成分现有检测方法相比, 激光诱导击穿光谱(LIBS)检测时间只需几分钟、 一次测量可完成复混肥成分检测、 几乎无需样品预处理, 将该技术用于复混肥成分快速、 现场检测非常合适。 搭建LIBS系统, 激光器(100 mJ, 1 064 nm, 1 Hz)输出的激光束经45°反射镜由水平转为垂直方向, 经焦距为40 mm的透镜聚焦至旋转台上的复混肥样品表面, 产生激光等离子体。 激光器的调Q信号控制光纤光谱仪(Avantes, 195～500 nm)采集信号, 设置光谱延迟时间为1.28 μs, 采集时间为1.05 ms, 最终获取复混肥样品LIBS光谱。 20个复混肥样品由安徽徽隆集团提供, 磷元素的参考值由企业采用国家标准方法测量。 将复混肥样品粉碎过筛取3 g, 采用压片机在8 MPa下压制成形。 实验中, 使用小型风扇吹扫复混肥样品表面, 形成稳定气流, 每个样品重复测量10次, 每次测量平均20个脉冲, 以减小样品不均匀性。 其中, 15个样品用于定标回归模型的建立, 五个样品用于检验定标模型的适用性。 复混肥是一种成分复杂的混合物, 其中氮、 磷、 钾均以化合物存在。 传统的LIBS定量方法是基于待测元素单条谱线强度, 未考虑其他元素影响, 降低了定量结果的准确性。 将LIBS技术和多元线性回归法结合用于分析复混肥中磷元素浓度。 选取磷元素的三条特征谱线即213.6, 214.9和215.4 nm。 磷矿中硅元素含量基本不变, 且硅元素在磷的谱线附近存在多条谱线, 如212.4, 220.8, 221.1和221.7 nm。 分别采用一元、 二元、 三元和四元线性回归法建立校准曲线。 结果表明, 采用P Ⅰ: 214.9 nm谱线强度作自变量建立一元线性回归, LIBS预测值与参考浓度的相关系数仅为0.083, 无法满足磷元素的定量分析要求。 当采用P Ⅰ: 214.9 nm谱线强度和三条特征谱线之和(P Ⅰ: 213.6, 214.9和215.4 nm)作自变量建立二元线性回归拟合时, 相关系数提高到0.856, 平均绝对误差由1.32%减小到0.16%。 在二元线性回归中引入Si Ⅰ: 212.4 nm谱线强度, 建立三元线性回归, 相关系数为0.869。 为进一步提高磷元素浓度测量的准确性, 建立四元线性回归方程, 将Si Ⅰ: 212.4, 220.8, 221.1和221.7 nm谱线强度之和作为自变量加入三元线性回归, 相关系数提高到0.980, 且15个定标样品的相对误差范围为0.06%～1.31%, 而验证样品为0.13%～1.26%, 这说明采用四元线性回归定标法可提高复混肥中磷元素浓度测量的准确性。

为有效消除磁梯度张量系统传感器阵列间非对准误差和传感器系统误差对测量精度造成的影响, 提出了一种只需绕系统任意轴旋转一周便可理论上实现所有磁传感器与参考平台正交系间精确校准方法。利用两组无数学简化的非线性转换构建传感器系统误差线性校正模型, 仅需同一旋转周期的10组测量数据便能得到参考平台与各传感器的理想正交输出。通过构建磁传感器三轴横倾、俯仰、方位转换的旋转矩阵, 得到传感器空间任意姿态的非对准误差校正模型并对旋转角进行最小二乘估计, 仅需同一旋转周期的3组测量数据便能对准张量系统。仿真和实测结果表明: 在理想情况下仿真参数估计准确率接近100%, 实验校正后各传感器输出具有较高重合与同轴性, 张量分量RMSE(均方根误差)小于30 nT/m。能以较简单步骤和较少采样数据高效提高差分法磁梯度张量系统测量精度。

在利用电荷耦合器件CCD对激光光束质量测量的过程中, 通过对比不同的激光波长, 分析了CCD的光电响应非线性特性对光束质量M2因子评价的影响。由于对未进行线性标定的CCD所测得的四种不同波长的激光器的光束束宽值相对比较大, 这会对激光光束质量的测量精度带来影响, 因此提出了一种新的基于面阵型光电探测器的光电响应标定方法。搭建基于CCD测量法的激光光束质量测量系统, 建立高斯型激光光束的近远场传输模型, 对激光束在传输方向上不同位置处的焦散廓形进行多次采样, 利用统计学方法得到CCD的光电响应线性区间。仿真和实验结果表明: 利用CCD光电响应特性的标定结果对图像进行非线性灰度修正, 对比国际标准激光光束质量分析仪, 所测得的激光光束质量M2因子更加准确且相对误差降低了2.36%。提出的方法可有效提高激光光束质量M2因子的测量精度, 对于评价激光光束质量具有重要的应用价值。

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差, 提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统, 建立了激光测头随机床运动的测量模型; 通过多角度扫描标准球球面拟合球心, 给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法, 避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响, 建立了误差模型, 并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示, 对直径已知的标准球进行测量时, 测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm, 误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性, 以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节.采用自行研制长波红外高光谱成像光谱仪原理实验装置(简称CHIPED-I)进行验证,用黑体对实验装置进行了两点线性定标,将测量的相对强度转化成目标的绝对辐射亮度谱,采用亮温法算出标定后的亮温光谱.结果表明,这种辐射定标方法用于长波红外高光谱成像光谱仪方法可行,这对进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义.

利用泰曼格林干涉系统，对纯相位液晶空间光调制器在808nm的相位调制特性进行了研究.为了提高其在大气湍流模拟时的仿真度，采用近似法和反插值法对相位调制曲线完成了线性校正，并对校正结果进行了对比分析.结果表明，虽然近似法校正简单易行，但经反插值法校正后，相位调制曲线的线性相关度更高，可达0.9916，校正误差更低，仅为0.06rad.通过对校正方法和误差来源的分析发现，反插值法还具有优化灵活的特点，能进一步改善校正效果，更具应用价值.

从红外相机自身特性和使用角度两方面对靶场红外图像序列中不均匀(花纹)背景产生的原因进行了剖析，分析了传统红外图像非均匀校正算法在处理靶场序列红外图像上的优缺点，提出在目标跟踪过程中随着场景变化，基于实时线性标定的非线性红外图像的校正的新方法，克服了传统方法的弊端，实时确定了校正增益系数和校正因子，消除了序列红外图像中不均匀背景。通过对含有弱小目标的靶场实际序列红外图像进行仿真验证表明，新方法去除了图像固定图案噪声，消除了探测器坏元的影响，输出了理想的序列红外图像。

用机载傅里叶变换红外光谱法(FTIR)可在各种地物背景条件下被动遥测大气中痕量气体 的浓度。对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。实验中用120℃和140℃黑体对 MB154光谱仪进行了两点线性定标，给出了标定后130℃时的黑体辐射谱。结果表明，通过该方法标定的 辐射光谱与由普朗克公式计算得到的理论值吻合得很好。对地表背景变化复杂、采集波段为 2000cm-1 ～ 5000cm-1的机载FTIR原始光谱进行了分段定标校正，并将测量的相对强度转化 成目标的绝对辐射亮度谱。这对于进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义。